淺談?shì)旊娋€路的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

淺談?shì)旊娋€路的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)輸電線路在線監(jiān)測(cè)是指直接安裝在輸電線路設(shè)備上可實(shí)時(shí)記錄表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測(cè)量、傳輸和診斷系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)檢修的重要手段，是提高輸電線路運(yùn)行安全可靠性的有效方法。一、輸電線路在線監(jiān)測(cè)的必要性在上世紀(jì)五十年代，我國(guó)電力系統(tǒng)推行定期檢修制度，這種檢修方式的周期、項(xiàng)目等都是建立在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備個(gè)體的質(zhì)量、運(yùn)行環(huán)境、性能狀態(tài)的差異考慮不全，工作死板教條。存在著檢修周期短、設(shè)備停電次數(shù)多、檢修費(fèi)用高、檢修工作量大、供電可靠性低等問(wèn)題。隨著超高壓、特高壓輸電線路的不斷建立，這種檢修模式已越來(lái)越不適應(yīng)輸電線路安全性、供電可靠性的要求。因此，我們的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用勢(shì)在必行，也是我國(guó)電力系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)上的發(fā)展重點(diǎn)。二、 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段（1） 帶電測(cè)試階段。這一階段起始于70年代左右。當(dāng)時(shí)人們僅僅是為了不停電而對(duì)輸電線路的某些絕緣參數(shù)（如泄露電流）進(jìn)行直接測(cè)量。設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試項(xiàng)目少，靈敏度較差。（2） 從80年代開(kāi)始，出現(xiàn)各種專用的帶電測(cè)試儀器，使在線監(jiān)測(cè)技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測(cè)試走向數(shù)字化測(cè)量，擺脫將儀器直接接入測(cè)試回路的傳統(tǒng)測(cè)量模式，取而代之的是使用傳感器將被測(cè)量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電器信號(hào)。（3） 從90年代開(kāi)始，出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)處理技術(shù)為核心的微機(jī)多功能絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)字波形采集與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更多的參數(shù)在線監(jiān)測(cè)。這種在線監(jiān)測(cè)信息量大、處理速度快，可以對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、儲(chǔ)存、打印、遠(yuǎn)傳和越線報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化，代表了當(dāng)今在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。三、 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用（1） 輸電線路絕緣子污穢在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前大多采子用絕緣泄露電流進(jìn)行絕緣子污穢的判斷，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)分機(jī)實(shí)時(shí)、定時(shí)測(cè)量運(yùn)行絕緣子串的表面泄露電流，局部放電脈沖和該桿塔外部環(huán)境條件等，通過(guò)電纜或GSM、GPRS、CDMA、3G通信模塊發(fā)送至監(jiān)控中心，由專家軟件結(jié)合報(bào)警模型進(jìn)行污穢判斷和預(yù)報(bào)警。已經(jīng)建立的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、多層前項(xiàng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、多重回歸方法、灰關(guān)聯(lián)系統(tǒng)理論、基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等專家診斷模型，在很大程度上提高了絕緣子污穢和電氣絕緣判斷精度。近年來(lái)，通過(guò)光傳感器測(cè)量等值附鹽密度和灰密的在線檢測(cè)技術(shù)得到迅速發(fā)展。（2） 輸電線路氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)方法主要有全電流法、三次諧波法、基波法、補(bǔ)償法、數(shù)字諧波法、雙“\「'法、基于溫度的測(cè)量法等?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分機(jī)實(shí)時(shí)、定時(shí)監(jiān)測(cè)MOA的泄露電流以及環(huán)境溫濕度等參量，通過(guò)GSM、GPRS、CDMA、3G發(fā)送至監(jiān)控中心，有專家軟件分析判斷氧化鋅避雷器的性能和動(dòng)作次數(shù)等。（3） 導(dǎo)線溫度及動(dòng)態(tài)增容在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前增容方法主要有靜態(tài)提溫增容技術(shù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)兩種。靜態(tài)提溫增容技術(shù)是指突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，環(huán)境溫度任按+40'C考慮，線路上的風(fēng)速和日照強(qiáng)度完全符合規(guī)程要求，將導(dǎo)線的允許溫度由現(xiàn)行規(guī)定的+70C提高到80C和90C，從而提高導(dǎo)線輸送能量。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)是指在輸電線路上安裝在線監(jiān)測(cè)分機(jī)，對(duì)導(dǎo)線狀態(tài)（導(dǎo)線溫度、張力、弧垂等），和氣象條件（環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的前提下，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出導(dǎo)線的最大允許載流量，充分利用線路客觀存在的隱性容量，提高輸電線路的輸送能量。（4） 輸電線路遠(yuǎn)程可視監(jiān)控系統(tǒng)。目前可視監(jiān)控系統(tǒng)分為圖像和視屏兩類，受監(jiān)測(cè)分機(jī)工作電源功率、通信費(fèi)用等限制，大多采用靜止圖像進(jìn)行線路狀況判斷，例如導(dǎo)線覆冰、洪水沖刷、不良地質(zhì)、火災(zāi)、通道樹(shù)木長(zhǎng)高、線路大跨越、導(dǎo)線懸掛異物、線路周圍建筑施工、塔材被盜等，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸；但針對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)等動(dòng)態(tài)信息的監(jiān)測(cè)建議采用視頻監(jiān)控的方式，利用CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視屏數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將促使無(wú)線視頻技術(shù)的應(yīng)用，為輸電線路的巡視及狀態(tài)檢修開(kāi)辟了一條新的思路。（5） 輸電線路覆冰雪在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)為大多進(jìn)行覆冰理論、冰閃機(jī)理、和桿塔強(qiáng)度設(shè)計(jì)等方面的研究工作，建立了大量的觀冰站、氣象站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察和數(shù)據(jù)收集，研究了大量預(yù)報(bào)結(jié)冰事件、導(dǎo)線除冰、地線除冰等技術(shù)，但針對(duì)覆冰雪在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究較少，而2008年的冰災(zāi)事故迅速促進(jìn)了覆冰雪在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。覆冰雪在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)主要有兩個(gè)：一是根據(jù)線路導(dǎo)線覆冰后的重量變化以及絕緣子的傾斜、風(fēng)偏角進(jìn)行覆冰荷載（覆冰厚度、桿塔受力、導(dǎo)線應(yīng)力等）計(jì)算，直接與線路設(shè)計(jì)參數(shù)比較給出報(bào)警信息；二是采用現(xiàn)場(chǎng)圖像對(duì)線路覆冰雪進(jìn)行定性觀測(cè)和分析。建議可將覆冰荷載計(jì)算和圖像結(jié)合起來(lái)，這樣可提高覆冰雪的監(jiān)測(cè)精度。（6） 輸電線路防盜報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。早期設(shè)計(jì)的防盜報(bào)警主要基于紅外探測(cè)（被動(dòng)式紅外報(bào)警器）、聲控探測(cè)、斷線報(bào)警監(jiān)測(cè)等原理。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研發(fā)了諸多新型的桿塔防盜報(bào)警系統(tǒng)，如微波感應(yīng)式防盜系統(tǒng)、基于加速傳感器防盜系統(tǒng)、基于振動(dòng)傳感器和雷達(dá)探測(cè)器的防盜系統(tǒng)、感應(yīng)式防盜系統(tǒng)。這四種系統(tǒng)的構(gòu)成基本相似，整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)分機(jī)、監(jiān)控中心、巡檢人員組成。在每基桿塔上安裝一臺(tái)監(jiān)測(cè)分機(jī)，監(jiān)測(cè)分機(jī)是由前端傳感器部分和單片機(jī)或DSP處理部分組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿塔周圍移動(dòng)物體的狀態(tài)信息，確定可能發(fā)生被盜的桿塔線路、位置、時(shí)間，并及時(shí)通知巡檢人員。四、 輸電線路在線監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到了積極作用，供電部門積極推行狀態(tài)檢修，減輕了設(shè)備檢修工作量，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。但是，由于技術(shù)的復(fù)雜性和電氣設(shè)備的多樣性，尚有一些問(wèn)題值得研究和商鶴。（1） 傳感器的特性和質(zhì)量是在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。目前常用線圈式傳感器，易受溫度、壓力、沖擊等外界環(huán)境的影響，是影響測(cè)試精度和穩(wěn)定性的重要因素。所以研制高精度、高穩(wěn)定的傳感器仍是在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)研究課題。（2） 干擾問(wèn)題。由于高壓電氣設(shè)備處在強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境中，使微量信號(hào)的采集難度增大。（3） 對(duì)設(shè)備制造廠家提出在線監(jiān)測(cè)技術(shù)要求。目前的高壓電氣設(shè)備均未考慮在線監(jiān)測(cè)問(wèn)題，都是在線監(jiān)測(cè)設(shè)備廠家針對(duì)運(yùn)行站內(nèi)設(shè)備情況進(jìn)行設(shè)計(jì)并安裝。運(yùn)行設(shè)備有的可以安裝和抽取信號(hào)，有的則不能。（4） 積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，完善專家系統(tǒng)，制定監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。輸電線路在線監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)參數(shù)往往與停電測(cè)試結(jié)果有一個(gè)“偏差”，但這個(gè)“偏差”往往存在一定規(guī)律，只要積累數(shù)據(jù)，加以分析就不難發(fā)現(xiàn)，并可以此為依據(jù)對(duì)照預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定報(bào)警值，當(dāng)設(shè)備絕緣參數(shù)超越報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。完善專家系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，強(qiáng)化分析功能，制定監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)仍是目前亟待解決的問(wèn)題。（5） 在線監(jiān)測(cè)的管理問(wèn)題。要實(shí)行狀態(tài)檢修，必須要有能描述狀態(tài)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，即要有大量的有效信息用于分析與決策，這就涉及狀態(tài)數(shù)據(jù)管理。然而輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及大量的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、種類繁多，主要分為三大部分:一是大量輸電線路的屬性數(shù)據(jù)，如線路設(shè)計(jì)條件、運(yùn)行年限、設(shè)備健康狀況、地質(zhì)、地貌、設(shè)備危險(xiǎn)點(diǎn)、施工圖和施工錄像等；二是運(yùn)行管理的各種申請(qǐng)、審批報(bào)表等；三是在線監(jiān)測(cè)設(shè)備提供線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，如運(yùn)行絕緣子表面的泄露電路、導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線舞動(dòng)頻率、桿塔現(xiàn)場(chǎng)圖片以及環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、雨量及大氣壓力等。如何將眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)，管理和利用是輸電線路狀態(tài)運(yùn)行管理考慮的首要問(wèn)題，也是很難解決的問(wèn)題。五、 總結(jié)輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)出輸電線路各項(xiàng)狀態(tài)的變化，對(duì)故障及時(shí)處理，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步推廣使用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，積極推行電氣設(shè)備狀態(tài)檢修。現(xiàn)階段無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展為在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了有力的保證，為實(shí)施超高壓電力線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了條件。但目前輸電線路狀態(tài)檢修還不能僅完全依賴在線監(jiān)測(cè)的結(jié)果，一是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身還處于研發(fā)及試運(yùn)行階段；二是在線診斷的專家系統(tǒng)還處于不斷完善的過(guò)程；三是設(shè)備老化及壽命預(yù)測(cè)的研究還處于初期階段；四是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、診斷導(dǎo)則以及專家系統(tǒng)的智能化程度尚有一個(gè)形成及發(fā)展過(guò)程。目前及相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，需要系統(tǒng)深入的不斷總結(jié)和分析設(shè)備狀態(tài)所積累的大量診斷數(shù)據(jù)，制定出各種設(shè)備、各種自然災(zāi)害的診斷標(biāo)準(zhǔn)和使用導(dǎo)則，經(jīng)過(guò)若干年的實(shí)踐與修訂后，再與在線監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行全面的分析對(duì)比，才可能計(jì)入真正的狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)新階段。這個(gè)漫長(zhǎng)過(guò)程還需要多少時(shí)間，關(guān)鍵取決于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確靈敏度、智能程度及滿足工程需要的工藝水平。盡管人們對(duì)輸